Состав популярных филаментов для 3D-печати

Ассортимент филаментов для 3D-печати огромен. В зависимости от того, из какого пластика изготовлен филамент, он обладает различными свойствами.

Филамент для 3D-печати обычно состоит из базового пластика с добавлением таких добавок, как красители. Существуют также комбинации нескольких видов пластика для получения композитов.

При производстве филамента для 3D-печати сырые пластиковые гранулы базового компонента однородно смешиваются с добавками, нагреваются и перерабатываются в филамент.

В этой статье мы рассмотрим основные типы филаментов для 3D-печати FDM, их особенности и наиболее распространенные области применения.

Филамент	Полное название	Состав	Характеристики	Применение
PLA	Полимолочная кислота	Кукурузный крахмал, сахарный тростник или корни тапиоки	Биоразлагаемый, легко печатать	Декоративные объекты, универсально применимые
ABS	Сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола	Пластмассы на нефтяной основе	Прочный, стабильный и ударопрочный	Механические детали
TPU	Термопластичный полиуретан	Мягкие и твердые пластмассы на основе нефти и природного газа.	Очень гибкий	Гибкие детали
PETG	Полиэтилентерефталат (ПЭТФ), модифицированный гликолем	Нефть, природный газ и пластмассы на основе углерода.	Прочный, несколько гибкий	Механические, наружные и общего назначения детали
Нейлон	Полигексаметиленадипамид	Нейлон 6 или нейлон 6,6 на нефтяной основе.	Прочный и немного гибкий	Механические детали общего назначения
PC	Поликарбонат	Бисфенол-А (BPA), фосген и другие химикаты на основе нефти и природного газа	Чрезвычайно прочный, немного гибкий, термостойкий	Механические детали
ASA	Сополимер акрилонитрила-стирола-акрилата	Сополимер SAN на нефтяной основе и акриловый каучук.	Всепогодный	Объекты для наружного использования
PP	Полипропилен	Получают из побочных продуктов переработки нефти.	Химически стойкий, легкий и гибкий	Прочные гибкие детали
POM	Полиоксиметилен	Материалы на основе нефти, такие как акрилонитрил, бутадиен и стирол.	Прочный, долговечный, с низким коэффициентом трения, термостойкий	Технические компоненты
PVA	Поливиниловый спирт	Материалы на основе нефти, такие как этилен, пропилен и винилхлорид.	Растворяется в воде	Растворимые опорные конструкции
HIPS	Ударопрочный полистирол	Материалы на основе нефти, такие как стирол.	Растворяется в лимонене	Растворимые опорные конструкции
Композиты	–	Филамент + филамент; филамент + дерево/металл/углерод/и т. д.	Индивидуально в зависимости от добавки.	Индивидуально, в зависимости от добавки.

PLA

• Филамент PLA состоит из: Полимолочные кислоты, полученные в результате ферментации кукурузного крахмала, сахарного тростника или корней тапиоки.
• Особенности: Биоразлагаемый, легко печатать
• Наиболее распространенное применение: Декоративные предметы, универсальное применение

PLA является синтетическим полимером и состоит из множества связанных между собой молекул молочной кислоты (C3H4O2), отсюда и название. Он производится из биологических материалов, что делает его самым экологически чистым материалом.

PLA — самый популярный материал в 3D-печати, потому что он недорогой, выпускается в разных цветах и его легко печатать, чем любой другой материал. Любой 3D-принтер FDM может обрабатывать PLA.

Особенностью PLA является то, что он биоразлагаем. Он даже пригоден для компостирования. Поэтому его обработка и утилизация в целом безопаснее, чем всех других материалов. Кроме того при обработке этого материала не образуются токсичные испарения, как например при обработке ABS.

PLA имеет более низкую температуру плавления, чем большинство других материалов. Даже самый дешевый 3D-принтер начального уровня может обрабатывать PLA.

Недостатком PLA является то, что он не такой прочный, как другие материалы и со временем может стать хрупким. Поэтому для механических применений он подходит лишь в ограниченной степени.

С другой стороны, в частном секторе он отлично подходит для изготовления декоративных предметов и подобных объектов с не слишком требовательным механическим применением. Но PLA также часто используется в 3D-печати в профессиональном секторе. Например для создания прототипов или для массового производства мелких деталей.

ABS

• Филамент ABS состоит из: Сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирола изготавливается из сырья на основе нефти.
• Особенности: Прочность, устойчивость и ударопрочность
• Наиболее распространенное применение: Объекты с высокими механическими требованиями.

ABS — самый популярный после PLA материал для 3D-печати. В основном потому, что ABS прочный, термостойкий и подходит для многих применений, поэтому его можно печатать только при относительно высоких температурах.

Не каждый 3D-принтер хорошо оснащен для работы с ABS. В дополнение к высокой температуре печати, ABS может быть напечатан без дефектов только при теплой и однородной температуре окружающей среды. Холодные воздушные потоки вызывают усадку ABS во время печати, что может привести к отсоединению объекта от печатного слоя или другим деформациям.

Поэтому лучше всего печатать филаментом ABS на 3D-принтерах, имеющих закрытый объем печати. Если вы хотите впоследствии оснастить свой 3D-принтер таким корпусом, можно воспльзоваться подходящим корпусом для 3D-принтера.

Благодаря своим превосходным механическим свойствам, ABS популярен не только в промышленности. Его также можно найти во многих потребительских товарах. Корпуса для электронных устройств часто изготавливаются из ABS, а всемирно известные кирпичики Lego — из ABS. ABS также устойчив к химикатам и ультрафиолетовому излучению.

Недостатки ABS, помимо усадки, заключаются в том, что он выделяет вредные испарения во время печати и в целом печатать из него сложнее, чем из других материалов. Однако если вы сможете справиться со сложной обработкой и защитить себя от вредных испарений, ABS будет лучше многих других материалов.

TPU

• Филамент TPU состоит из: Термопластичного полиуретана, состоящего из мягких и твердых сегментов. Компоненты на основе нефти и природного газа.
• Особенность: Очень гибкая
• Наиболее распространенное применение: Гибкие предметы

TPU представляет собой так называемый сополимер и состоит из чередующихся сегментов твердых и мягких полимеров. Соотношение чередования этих сегментов определяет гибкость, прочность и долговечность филамента. Поэтому филамент TPU от разных производителей могут сильно отличаться друг от друга.

Важным показателем является твердость по Шору, которая показывает насколько тверд или мягок материал. Чем выше значение твердости по Шору, тем тверже материал.

TPU напоминает резину и используется соответствующим образом. В 3D-печати FDM он является самым популярным гибким материалом, поскольку его легче обрабатывать, чем другие гибкие материалы при этом он прочен и долговечен. Этот материал также может выдерживать большие нагрузки, изгиб и растяжение.

Эти механические свойства делают TPU идеальным материалом для изготовления чехлов для смартфонов, подошв для обуви или ремешков для наручных часов, среди прочих применений.

Филамент TPU лучше всего обрабатывать в экструдере с прямым приводом. В экструдере с прямым приводом расстояние между экструдером и соплом очень мало. В отличие от большого расстояния в экструдере Боудена, здесь у гибкого филамента нет возможности компенсировать движения экструдера.

Хотя более жесткие филаменты TPU также можно обрабатывать с помощью экструдера Боудена, обычно это не приводит к полному отсутствию ошибок. Чем мягче филамент, тем сложнее ее обрабатывать.

PETG

• Филамент PETG состоит из: ПЭТ (полиэтилентерефталат), модифицированный гликолем
• Особенность: Прочность, некоторая гибкость
• Наиболее распространенное применение: Механическое применение, наружное применение, общее назначение

Основой филамента PETG является полиэтилентерефталат. Термопластик ПЭТ широко используется и имеет широкий спектр применения. Одно из самых известных применений ПЭТ — это перерабатываемые ПЭТ-бутылки.

ПЭТ состоит из повторяющихся цепочек C10H8O4. Второй компонент филамента PETG — гликоль, представляет собой дигидрический спирт. Он придает ПЭТ пластику лучшие печатные свойства. Однако добавление гликоля также имеет тот недостаток, что PETG особенно гигроскопичен, т.е. поглощает влагу из воздуха.

В результате нить PETG необходимо не только хранить в сухом месте, но она также имеет сильную склонность к образованию паутины. В принципе PETG сочетает в себе хорошие свойства PLA и ABS. Его легче печатать, чем ABS, но он также прочнее PLA. Он также может обрабатываться большинством 3D-принтеров, которые могут достигать высоких температур печати.

Чистый материал PETG прозрачен и дает глянцевую поверхность. Однако благодаря добавлению красящих пигментов он имеет множество цветов.

Теоретически, филамент PETG безопасен для пищевых продуктов. Однако, поскольку при FDM 3D-печати между слоями образуются тонкие щели, здесь могут быстро образовываться отложения и бактерии. Поэтому, несмотря на то, что PETG безопасен для пищевых продуктов, предметы изготовленные из этого материала, могут быть непригодны для употребления в пищу.

Нейлон

• Нейлон изготавливается из: Полигексаметилен адипиновой кислоты амид, нейлоновый филамент в основном изготавливается из нейлона 6 или нейлона 6,6, которые изготавливаются на основе нефти.
• Особенность: Долговечность, прочность и некоторая гибкость
• Наиболее распространенное применение: Механическое применение, общее назначение

Нейлон — это торговое название определенного полиамидного полимера. Впервые он был использован для изготовления щетины зубных щеток, а затем для нейлоновых чулок. Однако он также подходит для широкого спектра применений в 3D-печати.

Нейлоновый филамент обладает огромной прочностью на разрыв, что делает ее особенно подходящей для объектов, которые должны быть гибкими и прочными. Поэтому для некоторых механических применений нейлон является идеальным материалом. В качестве примера можно привести шестерни, оси или корпусные детали.

Однако, как всегда, за такие положительные свойства приходится платить. Нейлон очень требователен к печати и, как и ABS, требует закрытого объема печати для предотвращения деформации. Он также чрезвычайно восприимчив к влаге. Поэтому, как и PETG, он должен храниться в сухом месте и в идеале активно сушиться непосредственно перед печатью.

Однако стоит преодолеть эти препятствия, поскольку нейлоновый филамент открывает множество возможностей для создания моделей, косплей-объектов, а также в профессиональной сфере. Нейлоновые 3D-печати также широко используются в автомобильной, аэрокосмической и медицинской промышленности.

PC

• Филамент PC изготавливается из: Поликарбонат изготовлен из бисфенола-А (BPA), который реагирует с чрезвычайно токсичным газом фосгеном и другими химическими веществами, образуя PC.
• Особые свойства: Чрезвычайно прочный, несколько гибкий, очень долговечный, термостойкий.
• Наиболее распространенное применение: Механические приложения

Филамент PC — это требовательный филамент, который специализируется на механических деталях. Он прочен и долговечен. Он также очень термостойкий, требующий высоких температур печати — от 270 до 310 °C.

Подобно ABS и нейлону, филамент PC также склонен к деформации. Поэтому он требует закрытого корпуса с относительно высокой температурой окружающей среды. Помимо высокой температуры печати, это является причиной того, что лишь немногие 3D-принтеры могут обрабатывать этот материал.

Благодаря своим отличным механическим свойствам, термостойкости и устойчивости к ультрафиолету, химикатам и влаге, филамент PC особенно популярен в промышленности. 3D-печатные детали из PC-филамента очень прочные, термостойкие и служат полвека.

Но в этом же заключается и обратная сторона этого филамента. Как и многие другие филаменты в этом списке, он состоит из компонентов на основе нефти и агрессивных химикатов.

ASA

• Филамент ASA изготавливается из: Акрилонитрил-стирол-акрилатный сополимер — смесь нефтяного сополимера SAN и акрилового каучука.
• Особенности: Устойчивость к атмосферным воздействиям
• Наиболее распространенное применение: Наружные объекты

Филамент ASA — это термопластичный филамент на основе нефтяных материалов. Он состоит из смеси стирол-акрилонитрила (SAN) и акрилового каучука.

SAN очень твердый и часто используется для производства различных потребительских товаров. Акриловый каучук — это синтетический полимер, гибкий и ударопрочный похожий на TPU. Такое сочетание делает филамент ASA чрезвычайно ударопрочным и погодоустойчивым.

Поэтому филамент ASA очень популярен для объектов, которые будут использоваться на открытом воздухе в течение длительных периодов времени. Даже при длительном использовании на улице он не теряет своих механических свойств.

Если вы ищете филамент, который идеально подходит для наружного оборудования или запасных частей для оборудования, которое будет использоваться на открытом воздухе, филамент ASA — это то, что вам нужно.

PP

• Полипропиленовый филамент изготавливается из: Полипропилен получают из побочных продуктов переработки нефти.
• Особенности: Химическая стойкость, легкость и гибкость
• Наиболее распространенное применение: Прочные гибкие детали

Полипропиленовый филамент — это еще один материал, который относительно трудно печатать, но который обладает впечатляющими свойствами. Помимо химической стойкости, он очень легкий и гибкий. Вы можете использовать его для печати объектов, которые всегда возвращаются к своей первоначальной форме даже после интенсивного использования, растяжения и сжатия.

Поэтому он является популярным выбором для целого ряда применений. В профессиональной сфере полипропиленовый филамент часто используется для изготовления упаковочных материалов в автомобильной и медицинской промышленности.

Полипропиленовый филамент подходит для объектов, которые подвергаются многократным механическим нагрузкам. В отличие от большинства филаментов, полипропиленовый филамент прекрасно переносит механические нагрузки и является долговечной.

Для печати полипропиленовым материалом можно использовать параметры печати, которые находятся между параметрами PLA и TPU. Температура сопла составляет от 210 до 250 °C.

• Совет по адгезии стола: Оптимально печатать полипропиленовым филаментом на упаковочной ленте (скотч), поскольку эти клейкие ленты, как правило также изготовлены из полипропилена.

POM

• Филамент POM изготавливается из: Полиоксиметилен изготавливается из акрилонитрила, бутадиена и стирола на основе нефти.
• Особенности: Прочность, долговечность, низкое трение, термостойкость.
• Наиболее распространенное применение: Технические компоненты

Филамент POM — еще один материал, широко используемый для изготовления технических компонентов. Он прочный, долговечный и негибкий. Особенностью нити POM является низкое трение.

В тех случаях, когда требуются очень упругие и жесткие детали филамент POM является идеальным материалом. Тот факт, что он может быть напечатан с очень высокой точностью и сохраняет точность размеров в процессе использования, делает его идеальным для многих инженерных приложений.

Как и большинство других специализированных материалов, POM очень сложно печатать. С одной стороны, для него требуется очень высокая температура стола — около 130 °C, но только умеренная температура сопла — от 210 до 230 °C. Из-за очень высокой температуры стола не все 3D-принтеры могут использовать филамент POM.

Кроме того, филамент POM склонен к образованию паутины, поэтому калибровка настроек ретракта является обязательной. Однако, поскольку этот материал в основном используется в технических деталях, часто бывает не так уж плохо, если результат имеет много паутины.

PVA

• Филамент PVA изготавливается из: Поливиниловый спирт изготавливается из таких нефтепродуктов, как этилен, пропилен и винилхлорид.
• Особенность: растворяется в воде
• Наиболее распространенное применение: Растворяемые опорные структуры

Филамент PVA используется в 3D-печати для изготовления опорных конструкций. Они растворимы в воде и легко удаляются водой после 3D-печати. Готовый печатный объект с опорными структурами из PVA затем просто помещается в водяную баню на определенное время для растворения структур.

Необходимым условием для разумного использования PVA-филамента является наличие 3D-принтера с двойным экструдером, который может печатать двумя типами филамента одновременно. Это позволяет печатать сложные геометрические формы, не оставляя на поверхности остатков опорных структур.

PVA-филамент можно печатать одновременно с PLA, поскольку параметры печати, такие как температура печати и температура печатного слоя, могут быть выбраны одинаковыми.

Однако, поскольку филамент PVA относительно дорогой (примерно в 3-5 раз дороже PLA), применение растворяющихся опорных конструкций должен быть оправданным. Поэтому использование филамента PVA встречается в основном в профессиональном контексте или в очень сложных частных проектах.

HIPS

• Из чего изготавливается филамент HIPS: Высокоударный полистирол изготавливается из стирола, который в свою очередь, получают из нефти.
• Особенность: Растворяется в лимонене
• Наиболее распространенное применение: Растворяемые опорные конструкции

Еще более особенный, чем PVA является филамент HIPS. Он также используется для создания растворяемых опорных конструкций, но растворяется не водой, а химическим веществом лимоненом.

Филамент HIPS требует более высокой температуры печати, чем PVA. Температура печати составляет от 220 до 250 °C, что сравнимо с ABS. Температура печатного слоя также сопоставима с ABS. Таким образом, если вы хотите печатать растворимые опорные структуры из PLA, вы можете использовать PVA, а для ABS более целесообразно использовать HIPS-филамент.

Композиты

• Композиты состоят из: Смесь двух типов материалов или одного типа филамента со специальными добавками, такими как дерево, металл или углерод.
• Особенность: Механические и оптические свойства могут быть индивидуально изменены с помощью добавок.
• Наиболее распространенное применение: В зависимости от состава.

Поскольку можно смешивать различные термопласты, существуют также комбинации двух различных филаментов, например филамент PC-ABS. Такие смеси сочетают в себе свойства двух типов материалов и могут быть особенно подходящими для определенных требований.

Также очень популярны филаменты со специальными добавками, такими как древесная стружка, металлические или углеродные волокна. Это позволяет получить как другой оптический эффект, так и изменить механические свойства.

Однако недостатком таких филаментов с грубыми добавками является то, что мягкие сопла быстро изнашиваются. Поэтому, если вы хотите часто печатать древесными или углеродными филаментами, вам следует использовать закаленные сопла. Чтобы избежать засорения из-за крупных частиц, можно также использовать сопло большего диаметра.